中强高导热Mg-Al-Ce系压铸镁合金组织与性能研究

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镁合金具有高比强度和比刚度,电磁屏蔽性能好,铸造性能优越,回收方便且矿产资源丰富的特点,使其在航空航天、汽车、电子产品和生物医学等领域有广泛的应用。目前对于镁合金的研究主要围绕在力学性能方面,关于导热性能和塑韧性的研究较少。但是,常用的压铸镁合金材料存在塑性相对较差、导热性能欠佳、力学性能和铸造工艺性能不能兼顾等问题。本文选择Mg-Al-Ce系合金作为研究对象,改变Mg-Al-Ce三元合金中的Al和Ce含量,用其它稀土 Nd、La部分替换Ce,添加微量的其它合金化元素Bi、Sn和Ca,考察压铸态组织、力学性能、导热性能和流动性能的演变规律,建立成分—组织—性能三者之间的关系,确定较佳的合金化元素类型及含量,探讨了压铸镁合金的强化机理和导热机理,从而为拓宽压铸镁合金的应用领域提供一定的理论指导和技术支撑。主要结论如下:(1)随着Ce含量的提高,Mg-3.5Al-xCe三元合金相组成没有发生变化,均由α-Mg基体、针状Al11Ce3相和块状Al2Ce相组成;第二相比例随着Ce含量的提高而逐渐升高,由半连续网络逐渐转变为连续网络,且尺寸逐渐粗化;晶粒得到细化,平均尺寸由12.1 μm降低至7.4 μm;综合力学性能和流动性能先提高后降低,Ce含量为4%时力学性能和流动性能最佳,其抗拉强度、屈服强度、伸长率和流动性能分别为:257 MPa、155 MPa、14.5%和1344 mm;导热性能逐渐下降,Ce含量为3%时导热性能最佳,导热系数为122.2 W/m·K。(2)随着Al含量的增加,Mg-yAl-4Ce三元合金仍由α-Mg基体、针状Al11Ce3相和块状Al2Ce相组成;合金第二相由半连续转变为连续状,继续提高Al含量,又转变为半连续状,第二相尺寸逐渐变粗变短;合金晶粒尺寸先增大后减小,在Al含量为3.5%时晶针状Al11Ce3相和块状Al2Ce相组成。使用1%的Nd/La部分替换压铸Mg-4.2Al-4Ce合金中的Ce或向其中添加微量元素(0.3Bi/Sn/Ca),拉伸力学性能无提升,导热性能有所提高:其导热性能由 84.9 W/m·K 提升至 96.8 W/m·K、99.4 W/m·K、91.6 W/m·K、93.8 W/m·K 和94.0 W/m·K,分别提高了约 14.0%、17.1%、7.9%、10.5%和 10.7%。
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